CN103337142B - 电能表管理系统的无线组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能表管理系统的无线组网方法，该方法包括如下步骤：主节点选择信道；从节点选择信道；从节点驻留在某一信道发起发现过程；从节点选择周边已被主节点发现的从节点或主节点，并通过该所选节点向主节点发送申请入网命令帧，等待被主节点发现；主节点收到该从节点的申请入网命令帧后，通过该从节点的所选节点向该从节点发出入网申请确认帧；从节点收到该入网申请确认帧后，该从节点入网成功，并选择所选节点为其父节点；重复上述步骤，直至集中器所管辖的各个电能表均入网成功。本发明弥补了现有其他通信方式的不足，拥有良好的实时性，且通信速率高，简化了安装，具有自组网、自管理、自维护的强大功能，大幅提高了网络的可靠性。

Description

电能表管理系统的无线组网方法

技术领域

本发明涉及一种电能表管理系统的无线组网方法。

背景技术

目前电能表管理系统中，使用的通信方式主要有电力线载波通信、GPRS通信、485总线通信等。电力线载波通信实时性较差，通信速率低；GPRS通信使用了公网的通信技术，虽实时性、通信效果好，但是费用高，不便于大规模使用；485总线通信虽通信速度快，但是布线繁琐。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠性高的电能表管理系统的无线组网方法。

本发明提供的这种电能表管理系统的无线组网方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，主节点上电，选择信道；主节点是指安装在集中器上的无线通信模块；

步骤二，从节点上电，选择信道；从节点是指安装在电能表或采集器上的无线通信模块；从节点具备根据路径进行转发的功能；

从节点驻留在某一信道发起发现过程；

从节点发现过程，从节点主动向周边发送发现请求帧，周边所有已被主节点发现的其他从节点响应或主节点响应；该从节点按照信号强度由强至弱对所有予以反馈响应的节点排序，从中选择信号强度最强的节点，通过该所选信号强度最强的节点向主节点发送申请入网命令帧，等待被主节点发现；

步骤三，主节点收到所述从节点的申请入网命令帧后，通过所述信号强度最强的节点向该从节点转发入网申请确认帧；该从节点收到该入网申请确认帧，该从节点入网成功，该从节点将之前转发申请入网命令帧的所述信号强度最强的节点作为其父节点；该从节点停留在该信道；主节点由此记录该从节点的信息；

若所述从节点通过所述信号强度最强的节点没有收到正确的入网申请确认帧，则选择排序表中当前所选节点的下一个节点，跳转至步骤二，通过这一新选择的节点重新向主节点发送申请入网命令帧；直至所述从节点能通过所选择的节点收到主节点的入网申请确认帧；

若该从节点所选信道没有收到正确的入网申请确认帧，则跳频至下一信道，重新发起从节点发现过程；

步骤四，重复步骤二至步骤三，直至集中器所管辖的各个电能表所在的从节点均入网成功。

所述从节点入网后还包括父节点维护过程步骤，从节点通过监听周边其他节点与其通信的信号强度，若当前父节点的信号强度低于门限值，则重新选择信号强度最高的节点并通过所选节点发起到主节点的探测帧，若收到主节点的探测确认帧，且所选节点不以该从节点为其父节点与主节点通信，则切换父节点；主节点由此记录从节点的信息。所述从节点的信息包括路径信息。所述周边其他节点包括主节点和从节点。

相对于现有技术方案，本发明有如下优势：

1.任意从节点可以自由加入网络，且各从节点申请入网时携带路径，方便主节点的访问；

2.对主节点和从节点的进行了跳频处理，增强系统抗干扰能力，提高信道利用效率；

3.增加父节点维护流程，让本发明组件的通信网络称为可以自维护、自管理的通信网络；实现了路径的自动优化，提高了主节点抄读从节点数据的成功率；降低人为干预的程序，降低维护运营成本。

本发明弥补了现有其他通信方式的不足，拥有良好的实时性，且通信速率高、低功耗，简化了安装，具有自组网、自管理、自维护的强大功能，大幅提高了网络的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的一种具体实施方式示意图。

具体实施方式

如图1所示，电能表管理系统包括主站系统、若干集中器、若干无线电能表、若干无线采集器以及若干485电能表。

若干485电能表通过485总线将其数据信息等传至无线采集器，无线采集器通过无线通信方式将获得的所有485电能表信息传至集中器。无线电能表通过无线通信方式将自身的数据信息等传至集中器。集中器将采集的所有信息通过GPRS网络或者以太网或者光纤传输至主站系统。

主站系统将控制命令通过GPRS网络或者以太网或者光纤传输至集中器。集中器将主站传来的控制命令通过无线通信方式分别传至无线电能表和无线采集器。无线采集器再通过485总线将这些命令信号传至485电能表。

由此实现主站对各表计以及各终端的监控与管理。

针对如图1所示的电能表管理系统，本发明的主节点是指安装在集中器上的无线通信模块；从节点是指安装在电能表或采集器上的无线通信模块。

本发明包括主节点访问从节点方式和从节点数据返回主节点方式。

主节点访问从节点方式：由于单个无线通信模块的通信距离有限，主节点采取从节点中继方式来访问目的从节点，访问的报文里都带上到达目的地的中继路径信息，主节点到达每个从节点的路由，可通过从节点发现过程以及从节点的父节点维护过程获得。从节点具备根据路径进行转发的功能。

从节点数据返回主节点方式：从节点的数据通过其父节点进行数据转发，中继返回到主节点。

从节点发现过程和父节点维护过程是本发明的核心。

从节点发现过程：从节点上电后，主动向周边发送发现请求帧，周边所有已被主节点发现的其他从节点发出发现确认帧响应或主节点发出发现确认帧响应；该从节点从所有回复发现确认帧的节点中，选择信号强度最强的节点，并通过该所选节点向主节点发送申请入网命令，等待被主节点发现。

从节点发现过程使得主节点记录从节点的信息，包括路径等信息。

父节点维护过程：从节点通过监听周边其他节点与其通信的信号强度，若当前父节点的信号强度低于门限值，则重新选择信号强度最高的节点，并通过所选节点发起到主节点的探测帧，若该从节点能收到主节点的探测确认帧，且所选节点不以该从节点为其父节点与主节点通信，则切换父节点。通过这种维护父节点的过程，主节点获取了与从节点通信的新的路径，提高了整体通信成功率。

如果距离以及环境等条件适宜，从节点也可监听在其周围的主节点的信号强度。

从节点维护一个父节点，并通过该节点与主节点进行通信。初始父节点为发现过程中，转发申请入网命令的节点，可为从节点，也可为主节点。

重复上述步骤可完成电能表管理系统的无线组网。与此同时，主节点通过从节点发现和父节点维护过程，记录了访问一个从节点的多条路径信息。

组网完成后，可进行抄表操作。

在抄读某一个从节点的表数据时，先选择从节点当前父节点的路径进行访问，如不能访问，则切换到之前的路径上，循环的在以保存的路径进行切换，直到访问成功。

为了提高本发明的时效性和可靠性，本发明使用了跳频技术。本发明将使用的频段进行划分，分为带宽更小的信道，信道中心频点定义如下：

f＝f _sMHz＋k×200kHz，其中f _s为起始频点，k为整数且k＝0，1，2，···，N。

对于主节点和从节点，跳频的流程有所不同。

1.主节点跳频流程

首先，之前驻留的历史信道是否空闲。如空闲停留在该信道。不空闲，记录下该信道使用情况，探测下一个信道。

然后，探测信道空闲，则停留在该信道；不空闲，记录下该信道使用情况，探测下一个信道。如所有信道都探测完，执行下一步。

再次，对所有信道进行评估，挑选较空闲信道，并驻留在该信道。

信道空闲的评估标准是：（1）不存在干扰；（2）不存在其他主节点或较少主节点。

2.从节点跳频流程

从节点的跳频流程相对于主节点的跳频流程要简单些。从节点驻留在某一信道发起发现过程，如该信道有正确的入网申请确认，则停留在该信道。则跳频至下一信道，重新发起从节点发现过程。

本发明在传输数据和命令时，采用CSMA-CA冲突避让机制，提高传输的成功率。

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图2所示，电能表管理系统包括主节点、已发现从节点A、已发现从节点B以及待发现从节点C。已发现从节点A是指已被主节点发现的从节点A，已发现从节点B是指已被主节点发现的从节点B，待发现从节点C是指待主节点发现的从节点C。

步骤1，将使用的现有频段进行划分，分为带宽更小的信道，信道中心频点定义如下：

f＝f _sMHz＋k×200kHz，其中f _s为起始频点，k为整数且k＝0，1，2，···，N。

步骤2，主节点上电，探测信道，若该信道空闲或者较空闲，选择停留在该信道。

步骤3，从节点C上电，选择信道；从节点C驻留在某一信道发起发现过程；从节点A和从节点B具备根据路径进行转发的功能。

步骤4，从节点C发现过程，从节点C主动向周边发送发现请求帧，周边的已发现从节点A和已发现从节点B均发出发现确认帧予以响应；从节点C选择信号强度最强的已发现从节点B。

步骤5，从节点C通过该从节点B向主节点发送申请入网命令帧，等待被主节点发现。

步骤6，主节点收到从节点C的申请入网命令帧后，通过已发现从节点B向从节点C发出入网申请确认帧；从节点C收到该入网申请确认帧后，表明从节点C入网成功。从节点C选择从节点B作为其父节点。从节点C停留在该信道。主节点由此记录从节点C的信息。

步骤7，重复步骤3至步骤6，直至集中器所管辖的各个电能表所在的从节点均入网成功。

从节点发现过程使得主节点记录从节点的信息，包括路径等信息。

从节点C入网成功后，主节点抄读在从节点C位置的电能表的数据信息。

具体过程为：主节点将给从节点C的抄表指令发送至当前从节点C的父节点B，该父节点B将这一指令转发至从节点C；从节点C接收到由当前父节点B转发的主节点抄表指令后，将电表数据发送至当前父节点B，有该父节点B将该电表数据转发至主节点。由此，主节点完成对在从节点C位置的电能表的一次抄表。

由于外界因素的干扰，从节点C检测到当前父节点B的信号强度低于门限值，主节点无法通过当前路径与从节点C通信，此时需要进行父节点维护过程，以保证通信的实时性和可靠性。

从节点通过监听周边其他从节点与其通信的信号强度，重新选择信号强度最高的从节点A，发起至主节点的探测帧。从节点C通过从节点A向主节点发送主节点探测帧，主节点收到由从节点A转发的来自从节点C的主节点探测帧后，通过从节点A向从节点C回复一个主节点探测确认帧予以响应。由于从节点A不以从节点C为其父节点与主节点通信，因此从节点C收到主节点探测确认帧后，切换其父节点为从节点A。主节点由此记录从节点C的信息，包括路径等信息。

此时，主节点再次发出抄表指令给从节点C，要抄读在从节点C位置的电能表数据。

具体过程为：主节点通过父节点A向从节点C发送抄表指令，在从节点C位置的电能表接收到由父节点A转发的主节点抄表指令后，将电表数据通过父节点A返回传至主节点。由此，主节点完成对所在从节点C位置的电能表的另一次抄表。

Claims (4)

1.一种电能表管理系统的无线组网方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一，主节点上电，选择信道；主节点是指安装在集中器上的无线通信模块；

步骤二，从节点上电，选择信道；从节点是指安装在电能表或采集器上的无线通信模块；从节点具备根据路径进行转发的功能；

从节点驻留在某一信道发起发现过程；

从节点发现过程，待发现从节点主动向周边发送发现请求帧，周边所有已被主节点发现的其他从节点响应或主节点响应；待发现从节点按照信号强度由强至弱对所有予以反馈响应的节点排序，从中选择信号强度最强的节点，通过该所选信号强度最强的节点向主节点发送申请入网命令帧，等待被主节点发现；

步骤三，主节点收到所述从节点的申请入网命令帧后，通过所述信号强度最强的节点向待发现从节点转发入网申请确认帧；该从节点收到该入网申请确认帧，该从节点入网成功，该从节点将之前转发申请入网命令帧的所述信号强度最强的节点作为其父节点；该从节点停留在该信道；主节点由此记录该从节点的信息；

若所述从节点通过所述信号强度最强的节点没有收到正确的入网申请确认帧，则选择排序表中当前所选节点的下一个节点，跳转至步骤二，通过这一新选择的节点重新向主节点发送申请入网命令帧；直至所述从节点能通过所选择的节点收到主节点的入网申请确认帧；

若待发现从节点所选信道没有收到正确的入网申请确认帧，则跳频至下一信道，重新发起从节点发现过程；

步骤四，重复步骤二至步骤三，直至集中器所管辖的各个电能表所在的从节点均入网成功。

2.根据权利要求1所述的电能表管理系统的无线组网方法，其特征在于：所述从节点入网后还包括父节点维护过程步骤，从节点通过监听周边其他节点与其通信的信号强度，若当前父节点的信号强度低于门限值，则重新选择信号强度最高的节点并通过所选节点发起到主节点的探测帧，若收到主节点的探测确认帧，且所选节点不以该从节点为其父节点与主节点通信，则切换父节点；主节点由此记录从节点的信息。

3.根据权利要求1所述的电能表管理系统的无线组网方法，其特征在于：所述从节点的信息包括路径信息。

4.根据权利要求2所述的电能表管理系统的无线组网方法，其特征在于：所述周边其他节点包括从节点和主节点。